플라즈마 질화(이온질화)의 원리와 과정 및 장단점

플라즈마 질화란

플라즈마 또는 이온 질화는 글로 방전 기술을 사용하여 제품 표면에 질소를 투입시켜 경화시키는 표면 열처리 방법 중 하나입니다.
진공 상태(130~1300 Pa)에서 고전압 전기가 플라즈마를 형성하며 이를 통해 질소이온이 가속되어 제품 표면에 충돌하는데 이 때의 충돌로 열이 발생하고 표면이 세척됩니다.
플라즈마 질화는 제품 표면에 균일한 질화층을 형성하고 가스 질화보다 제품 변형이 적은 장점이 있습니다.

 

플라즈마 질화 과정

  1. 진공상태의 용기(로) 내 질화 처리할 제품을 음극상태로 두고 로벽 또는 별도의 전극을 양극상태로 설치합니다.
  2. 용기 내에 질소, 수소 때로는 소량의 메탄혼합물 가스를 투입 시킵니다.
  3. 전극간에 DC 200~1000V 전압을 걸어 글로우 방전을 발생 시킵니다.
  4. 질소와 수소가 해리되어 이온화 된 후 음극 상태인 제품에 충돌합니다.
  5. 충돌한 제품에서 Fe(철)이 나와 플라즈마 중 N(질소)와 결합하여 FeN(질화철)이 되어 제품 표면에 흡착됩니다.
  6. 흡착된 FeN(질화철)은 Fe2N→Fe3N→Fe4N로 변화되며 질화가 진행됩니다.

 

플라즈마 질화 장단점

장점

  1. 환경오염 요인이 없습니다.(암모니아 취급이 없음)
  2. 375°C 부근에서 질화가 진행되기에 변형이 적습니다.
  3. 가스 질화 대비 공정이 빠릅니다.
  4. 가스 질화로는 번거로운 오스테나이트 스테인레스강이나 티타늄에서도 별도처리 없이 질화처리가 가능합니다.
  5. 동일한 온도에 가스 비율을 조절하면서 질소화합물층의 조성을 제어할 수 있습니다.

단점

  1. 초기 설비 투자비용이 비쌉니다.(가스 질화 비용보다 비쌉니다.)
  2. 진공용기 내에서 처리되어 크기의 제한이 있습니다.
  3. 질화처리 온도에서 급냉을 불가능 합니다.